对船舶新能源的探讨报告

对船舶新能源的探讨报告

江源

招商局重工（深圳）有限公司广东深圳518000

摘要：随着时代的进步和船舶的更新换代，现代社会对环境污染的提高，为船舶新能源的发展提供了机遇。但是新能源因为是创新，将面临着新的挑战，本文就对船舶新能源进行探讨。

关键词：新能源船舶；理念创新；节能高效

引言

在世界及地区贸易快速发展的背景下，船舶运输依然是大宗货物运输的重要渠道。从我国范围来讲，珠三角，长三角，环渤海以及长江水运动脉，正在支撑着全国及世界范围内的货物和人员的流通，是经济繁荣重要的组成部分。现在船舶绝大部分是跨国际货运为主，因其远洋运输距离远的原因，它对环境的污染非常大，出于对环境污染的控制，船舶新能源的发展势在必行。船舶新能源发展可以分为以下几种。

1.纯电动船舶

目前纯电动汽车的发展风行水起，纯电动船舶发展还在探索阶段。用超级电容加动力锂推进系统替代柴油动力，开航启动快，零排放，噪音小，且运营成本小。

纯电动船舶就目前来说有超级电容器技术和锂电池技术两个方面的技术。

1.1超级电容器技术

1.1.1超级电容器的结构

超级电容有时也被称为电双层电容器，或双层电容器，是一种拥有高能量密度的电化学电容器，一个标准电池大小的电解电容为几十微法拉，但同样大小的超级电容器则可以达到几法拉，差别可达五个数量级。电容通过电容效应存储能量，它的容量和电极的表面积以及电解质的介电常数成正比，和电极之间的距离成反比。超级电容使用高介电常数电解质，它的电极采用多孔活性炭材料可以大大增加其表面积，这是超级电容能储存巨大能量的主要原因。通常情况下，两个电极由中间一块多孔活性炭薄膜隔开，两边是水或者有机电解液。

1.1.2超级电容器的特点

1)高电流容量。超级电容设计时搭配一个很低的等效串联电阻，因此电容能够发送以及吸收很高的电流。超级电容的低等效串联电阻能够使电容迅速充电，电容本身的特点允许电容以同样的速度充放电，这是电池做不到的。

2)使用寿命长。超级电容的能量存储机制是高度可逆的过程，这个过程只移动电荷和离子，而不会制造或破坏化学键，因此充放电循环次数可以达到数十万次。小循环充放电和深度循环充放电都不会损害超级电容的性能，使得超级电容的使用较为灵活。此外，超级电容容易存储，长时间放置不会对其性能造成影响。

3)温度范围广。由于超级电容无需借助化学反应就可以工作，因此能在极大的温度范围内运作。超级电容能在-40℃～+65℃内正常工作。

4)环境友好。超级电容使用的材料都是无环境污染的，在工作过程中也不会产生有毒有害物质。

5)维护保养容易。超级电容基本上不需要保养，没有存储效能，不存在放电过量的情况，能够在任何额定电压或低于额定电压的情况下工作。

6)状态监控容易。由于在电容内储存能量只是电容和电压的功能，而且电容相对恒定，因此单程开放电路电压测量就可以确定荷电状态。

7)延长其他能源的使用寿命。像电池、专业发动机以及燃料电池这类能源在瞬态情况下表现不是很好。对一些元件来说，瞬态过程会极大缩短元件的使用寿命。结合超级电容和这些能源的使用，可从主要的能源中空载很多此类瞬态值。

1.2锂电池技术

1.2.1锂电池的结构

锂电池是一种可充电电池，它主要依靠Li+离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。

1.2.2锂电池的特点

1)高能量密度。其体积能量密度和质量能密度分别可达450Wh/dm^3和150Wh/kg，而且还在不断提高中。

2)单体电压高，约为3.6V，充满电压时的电压一般为4.2V，终止放电电压不低于2.5V。

3)自放电率小，每月5%～10%，不到镍镉电池和镍氢电池的一半，且没有记忆效应，循环性能优越。

4)输出功率大。

5)工作温度范围宽。可在-20℃～60℃之间正常工作。

2.潮汐发电船

潮汐发电船，就是一个船舶式潮汐发电站。

历史的发展到现在，“能源危机”越来越制约着生产力的发展和社会的进步，而由“能源危机”引发的电力供应紧张也在困绕着人们，特别是在广大发展中国家资源缺乏的国家。于是，人们千方百计开发新能源和廉价电力，潮汐发电就是其中之一。

潮汐发电船能够非常充分地利用潮汐巨大的潜在动能，使其转变为人们可直接利用的电能。如果全世界20％的潮水动力能如此的充分利用，它将使世界电产量翻一翻。可利用和改造那荒芜的海岸——潮来一片汪洋，潮退一片肮脏，使其成为宝地美景。

在电力生产中不消耗一次性能源，不排放任何污染环境的废物，而仅仅是利用了一种自然现象——潮汐。

资金投入相对较少，结构简单、安全性高，且产生的电力价格低廉，不象火电站、水电站和核电站那样需要高投入、高科技和严密复杂的安全防护措施。

3.风能驱动船

风能驱动船，顾名思义，为一种利用风力发电实现驱动的船舶。它的结构要点是船上动力系统由风力发电机、和与发电机相联的变压器、变压器输出端联接的电动机组成，并利用风力发电提供电动机运轮产生的动力，推动船只行驶。随着，低碳、节能、环保理念的推广以及相关技术的成熟，风能驱动技术能够在内河、沿海的小型船舶中推广应用。

4.太阳能船舶

太阳能船舶是太阳能光伏阵列在阳光的照射下，可以持续发电、输出电流。当太阳能充足时，太阳能光伏阵列发出的直流电，通过充放电控制器调制到适当的电流和电压水平，输送到超级电容组的输入端，向超级电容组充电。超级电容组存储的电能，可在任何时刻使用，以驱动船舶。用于驱动推进器的电能通过逆变器转变为交流电，经由变压器引入电力推进器的输入端。当太阳能光伏阵列达不到足够的电流输出、风力又不足以驱动船舶时，电流分配器控制电磁接触器联通，使超级电容组向逆变器的输入端放电。电流经逆变器的输出端流出后，经变压器引入主船、辅船的电力推进器的输入端口。在主船的电力推进器的驱动下，船舶前进。在辅船的电力推进器的的驱动下，两个辅船协同主船调整相对位置，形成前后直线的排列分布，或者根据指令，协同调整各自的方位，牵引太阳能风帆的迎风角度发生精确的转变，船舶即使在侧逆风的情况下，仍然能够顺利前行。

5.结束语

工业文明的快速发展，智能时代的兴起，社会进步，还有会更多的新能源技术应用在船舶领域，我们拭目以待。当然更需要数以万计的船舶从业人员以“工匠精神”对新技术不懈的追求，以时代的责任感，为自己所在的位置，做出应有的贡献。